최근 도심지 개발로 인하여 과포화 된 지상공간을 효율적으로 활용하고자 지하공간까지 개발 중입니다. 과거 지하공간은 지하도로, 지하철처럼 지하 교통 인프라에만 한정되어 있었지만, 현재는 지하물류 시스템, 빗물저류시설 등 다양한 형태로 있는데요. 우리나라는 최정상급 NATM(New Austrian Tunneling Method) 터널공법 기술력을 통해 무수히 많은 지하공간을 개발해왔습니다. 오늘은 마이다스캐드가 일류급 터널공법 기술력을 통한 지하공간 개발에 대해 알아보려고 합니다.

목차

01. INTRO
02. 화약을 폭발시켜 굴을 뚫는 NATM 공법
03. 터널 굴착기를 활용한 TBM 공법
04. 미래의 지하공간

01. INTRO

<영동대로 지하 복합환승센터 조감도>
*출처: https://www.ekn.kr

<스위스에서 구상 중인 지하 화물운송시스템 상상도>
*출처: https://www.khan.co.kr

전 세계적으로 도시집중 현상이 가속화됨으로써 자원 및 인프라는 부족해지고 교통은 혼잡해지는 등 도시문제가 증가하고 있습니다. 이러한 문제를 해결하고자 지하공간을 이용하는 방안이 활발하게 제기되고 있는데요.

스위스는 지하 50m 아래에 약 6m의 지름의 터널을 뚫어 주요 도시들과 물류센터를 지하로 연결하는 CST(Cargo Sous Terrian) 프로젝트를 시행할 계획이라고 합니다. 또한 국내에서는 수도권 광역급행열차(GTX)나 빗물저류시설을 짓는 지하공간 사업이 추진 중이며, 지하교통 인프라와 지하공간이 통합적으로 구현되는 영동대로 복합환승센터 지하공간 활성화 사업도 공사가 진행되고 있죠.

이렇듯 다양한 용도로 지하공간을 활용하기 위해서는 지하 착굴 작업이 가장 기초가 되며, 주로 NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법 또는 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 활용하여 터널을 굴착합니다.

02. 화약을 폭발시켜 터널을 뚫는 NATM 공법

<NATM 공법을 적용하여 터널을 뚫고 있는 모습>
*출처: http://www.koscaj.com

<수서역과 평택지제역 구간을 연결하는 국내에서 가장 긴 율현터널>
*출처: http://www.engdaily.com

<전 세계 해저터널 중 다섯 번째로 긴 보령해저터널>
*출처: https://www.etnews.com

터널을 굴착하는 방법 중 하나인 NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법은 국내에서 가장 많이 활용하고 있는 공법입니다. 1956년 오스트리아에서 처음 개발되었으며, 굴착한 터널 안쪽 천장과 터널 벽면에 2~3m 길이의 고정봉을 일정 간격으로 박은 후 그 위에 콘크리트를 입히는 방식으로 암반의 붕괴를 방지하면서 화약을 폭파시켜 터널을 뚫어 나가는 굴착 방법인데요.

다른 터널 굴착법과 다르게 양방향에서 공사가 가능하고, 토질과 지반의 영향을 거의 받지 않아 지질이 단단한 바위층의 산악터널에서부터 도시의 지하터널까지 그 활용 범위가 넓다는 장점이 있죠. 특히 도심 지하철 공사에서 미관과 교통소통을 위해 개착식보다 NATM 공법이 많이 채택되고 있으며, 우리나라와 같이 산악이 많은 지형에 적합합니다.

동탄을 거쳐 평택까지 수도권 고속철도가 통과하고, 국내에서 가장 긴 터널로 꼽히는 율현터널을 건설할 때 NATM 공법이 활용되었습니다. 40m 이상 깊이의 땅속에서 횡갱과 본선 터널 부분에 발파를 통해 터널 굴착을 완료하였죠. 또한 6,927m의 길이를 자랑하는 국내에서 가장 긴 해저터널인 보령 해저터널도 NATM 공법을 적용하였는데요. 국내에서는 최초로 해저 구간에 NATM 공법을 적용하였으며, 보령 해저터널은 착공 11년 만에 완성되어 2021년 12월에 개통된 후 현재도 운영 중입니다.

03. 터널 굴착기를 활용한 TBM 공법

<공사현장에 투입된 TBM>
*출처: www.engdaily.com

<TBM 공법을 활용 중인 한강터널 공사 현장>
*출처: https://www.yna.co.kr

<수도권 제2순환 고속도로 김포~파주 한강터널 건설에 활용되는 TBM ‘두더지’>
*출처: https://www.fnnews.com

<TBM 공법을 활용 중이거나 활용 예정인 지역들>
*출처: www.engdaily.com

TBM(Tunnel Boring Machine) 공법은 NATM 공법의 대안 방법으로 터널 굴착기를 동원해 암반을 압쇄하거나 절삭해 굴착하는 기계식 굴착 공법입니다. 화약을 발파시키는 NATM 공법과는 달리 굴착 단면이 원형으로 된 굴착기를 사용하여 굴진함으로써 소음과 진동으로 인한 환경피해를 최소화할 수 있고, 주변 암반을 지지대로 활용해 역학적으로 안정된 원형 구조를 형성하여 낙반이 적고 비교적 안전성이 높아 도심지 터널 공사현장과 같은 안전에 민감한 장소에서 적합한 공법인데요. 국내에서는 1990년대 초 부산지하철 공사에 처음으로 도입되었으며, 주로 TBM 기술을 보유한 일부 선진국 위주로 활용되고 있습니다. 

우리나라에서도 TBM 기술을 꾸준히 발전시키는 중입니다. 최근 순수 국내 기술로 커터헤드를 제작하고 제작 기술 및 전자동 설계 기술을 확보하여 두 배 더 안전한 지하터널이라는 의미를 지닌 ‘두더지’ TBM이 탄생하였습니다. 현재 직격 14.1m의 쉴드TBM ‘두더지’ 장비를 활용하여 한강 바닥 15m 아래에서 길이 2980m의 한강 하저 터널을 뚫는 공사에 활용 중이며, 최초의 TBM 공법 도로 터널을 건설하고 있는데요. 국토교통부는 앞으로 소음과 진동이 적고 친환경적인 TBM 사용을 점차 확대할 계획이며, 착공 예정인 GTX-B, C 도심 구간에도 TBM을 도입할 계획이라고 밝혔습니다.

04. 미래의 지하공간

<교통체증을 해결하기 위해 지하에 건설 중인 하이퍼루프 터널>
*출처: http://www.digitaltoday.co.kr
<싱가포르에서 진행 중인 지하 과학 도시>
*출처: https://www.ksrm.net
<스웨덴 피오넨 지하 데이터센터>
*출처: http://www.ssyenc.com

미래의 지하 공간은 환경 보호, 교통 혁신, 보안 시설, 문화 공간 등 다양한 가치를 발휘할 수 있는 공간으로 거듭날 전망입니다. 현재 전 세계적으로 지하공간에 대한 가치를 인식하고, 지하 공간을 개발하여 도시 발전과 지속 가능성을 모색하고 있는데요. 도심의 교통 혼잡 문제를 완화하고 지상 공간을 창출하기 위해 도심의 교통을 지하로 이동시키는 기술이 발전 중이며, 이와 동시에 기존 시설에 미치는 영향을 최소화하는 시공기술과 ICT, 하이퍼루프 등의 신기술이 융합되어 발전하고 있습니다.

지하 공간의 고유한 특성인 항온성, 항습성, 내진성, 폐쇄성, 격리성 등을 고려하여 최근 인터넷 사용량 급증으로 인한 데이터 센터의 전력 소비 문제에 대한 해결책으로 벙커형 데이터센터의 건설이 주목받고 있으며, 테슬라 CEO 일론 머스크는 교통체증 문제를 해결하기 위해 워싱턴D.C., 시카고, L.A.에 지하를 뚫고 진공 상태인 튜브 속에서 차량을 띄운 상태로 이동하는 하이퍼루프를 개발하고 있는데요. 싱가포르는 1990년대 후반부터 연구한 지하 과학 도시 (Underground Science City, USC) 프로젝트를 진행하고 있습니다.

*출처: https://www.dongascience.com

전체 인구 가운데 도시에 거주하는 인구가 차지하는 비율이 증가하는 현상이 전 세계적으로 나타나고 있으며, 이로 인해 도시 공간을 효율적으로 활용하고자 지하공간에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다. 특히 우리나라는 국토 면적의 0.6%에 불과한 서울에 20%가 넘는 인구가 거주하고 있어 도심지 지상공간은 더 이상 개발할 수 없으므로 지하공간은 개발은 선택이 아닌 필수인데요. 우리나라는 일류급 NATM 터널공법을 활용하여 해저터널을 건설하였으며, 또한 국내에서 개발한 TBM 기술을 통해 한강 아래를 가로지르는 터널을 건설하고 있으니 이렇게 뛰어난 기술을 활용하여 도심지 지하공간을 지속적으로 개발한다면 교통체증, 주거난, 공공시설 확대 등 다양한 도시문제가 해결되지 않을까 기대해봐도 좋을 것 같습니다.

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